本发明专利技术提供了一种改性苎麻纳米纤维素与聚乳酸复合薄膜的制备方法，以苎麻纳米纤维素和聚乳酸树脂两种生物质资源为原料，利用硬木木聚糖对苎麻纳米纤维素进行疏水化改性，将聚乳酸和改性后的苎麻纳米纤维素溶于有机溶剂中，采用溶剂浇铸的方法，将上述共混物浇铸液缓慢倾倒在聚苯乙烯模板上，放入通风橱在室温下使溶剂自然挥发，最后固化成型制得改性苎麻纳米纤维素与聚乳酸复合薄膜。本发明专利技术提供的方法操作简单，生产成本低，所用材料都为可降解生物质材料，价廉易得，制得的薄膜具有很高的拉伸强度和断裂伸长率，同时透气性良好，可生物降解，质量稳定，具有良好的柔韧性和生物相容性，可用于食品包装材料、农业用薄膜和工业制品包装膜等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于可降解生物质薄膜材料的制备与纳米复合材料
。
技术介绍
随着技术的进步和环保观念的增强，天然植物纤维与可生物降解塑料复合制备的生物质绿色复合材料的开发应用日益受到人们的关注，并逐渐成为复合材料发展的必然趋势和研究热点。聚乳酸(PLA)是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生，降解产物为二氧化碳和水，对空气和土壤不会产生毒害作用，是一种多用途的生态环保高分子材料，具有优良的热机械性能和光学性能，同时具有优良的抗拉强度及延展度，可以根据不同的需求采用多种方式进行加工，制成各种类型的产品。经过吹塑、压延、溶剂挥发等成型方法制得的聚乳酸薄膜，具有良好的生物相容性和良好的透气性及抑菌抗霉特性，在食品包装膜、农业用薄膜等方面可代替聚丙烯、聚氯乙烯等难降解“白色污染”塑料薄膜的使用，具有广阔的应用前景。但是，由于聚乳酸本身结构上的弱点，造成其聚乳酸薄膜强度低、脆性高、韧性差，为了提高聚乳酸薄膜的力学性能，增加其分子链的柔性和韧性，可以采用自然界丰富的植物纤维作为聚乳酸复合材料的增强体。从苎麻纤维中提取的纳米纤维素，具有高的比表面积、高的结晶度、低的热膨胀系数以及良好的力学性能，能够增强复合材料的强度和硬度，改善其物理和机械性能。然而，由于天然植物纤维具有较强的极性和亲水性，使其与非极性树脂间的界面黏结性差，会导致其增强相的功能大幅度下降。因此纳米纤维素在引入之前，要对其进行疏水化改性，降低亲水性和极性，提高与疏水性树脂基体之间的界面相容性。硬木木聚糖是木聚糖中的一种，属于植物细胞中的半纤维素成分，是自然界含量非常丰富的多糖。硬木木聚糖以O-乙酰基-4-0-甲基-葡萄糖醛酸-木聚糖的形式存在，此类木聚糖多在C-3位点高度乙酰化，大量乙酰基和羟基存在于表面，极易与纳米纤维素中的氧原子起到键合作用，同时与纤维素的氢键连接，形成稳定的立体网状结构。硬木木聚糖中含有乙酰基，乙酰基具有疏水性，通过桥接作用使得整个纤维素大分子链具有疏水性能，由此纳米纤维素的机械强度、柔韧性能以及疏水性能有很大的改善。复合材料薄膜制备工艺有注塑、挤出、热压、浸溃、压层、共混捏合以及溶剂浇铸等多种方法。其中的溶剂烧铸(solvent casting),是指选择合适的溶剂将聚合物溶解制得烧铸液，将浇铸液滴到基板或表面皿上，在通风橱中让溶剂室温条件下自然挥发，最后固化成膜。溶剂浇铸法制膜技术操作简单高效，成膜条件温和，可根据浇铸液的浓度、用量和基板面积来控制成膜 的厚度。同时制得的薄膜之间联结紧密，膜成品内应力小，具有很好的机械强度和力学性能，具有广泛的用途。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种以苎麻纳米纤维素和聚乳酸树脂两种生物质资源为原料，制成具有良好的柔韧性和生物相容性的复合材料薄膜的方法。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供，其特征在于:该方法由以下3个步骤组成:步骤1:苎麻纳米纤维素及聚乳酸预处理将苎麻纳米纤维素放入带有密封圈的容器中平衡水分，测定苎麻纳米纤维素的回潮率；称量苎麻纳米纤维素质量，根据回潮率计算苎麻纳米纤维素干重；在苎麻纳米纤维素中加入蒸馏水，通过蒸馏水浸泡使苎麻纳米纤维素充分润湿溶胀；将聚乳酸树脂放入烘箱中烘干，将水分完全烘干的聚乳酸树脂溶于有机溶剂中，在设定温度下搅拌，使聚乳酸树脂完全溶解；步骤2:苎麻纳米纤维素的疏水化改性将硬木木聚糖放入一容器中，加入蒸馏水并加热，使硬木木聚糖充分溶解；将浸泡润湿后的苎麻纳米纤维素加入到该硬木木聚糖溶液中，放入超声波中分散，并通过机械搅拌得到均匀稳定的改性苎麻纳米纤维素悬浮液；将制得的混合物进行离心分层，将上层清液滤出，剩余的浓缩后的苎麻纳米纤维素悬浮液放入真空冷冻干燥仪中，并采用液氮冷冻干燥成型，将疏水化改性后的苎麻纳米纤维素粉末放入冷冻室储存；步骤3:复合薄膜制备将改性后的苎麻纳米纤维粉末与溶有聚乳酸的有机溶剂混合，加热，充分搅拌并超声震荡，制得浇铸液；将该浇铸液倾倒在聚苯乙烯模板上，放入通风柜中在室温下挥发溶剂，再放入真空烘箱中干燥以去除残余溶剂，在模板上形成一层薄膜，即为所需制备的改性苎麻纳米纤维素与聚乳酸复合薄膜，最后揭膜密封保存。优选地，所述步骤I中，在苎麻纳米纤维素中加入的蒸馏水的量为:使苎麻纳米纤维素固体在蒸馏水中的质量百分比浓度为0.5%~3% ;蒸馏水浸泡时间为12~48h。优选地，所述步骤I中，聚乳酸树脂的烘干温度为40~80°C，烘干时间为12~60h ;搅拌的设定温度为30~60°C，搅拌时间为2~6h。优选地，所述步骤I中，溶解聚乳酸树脂的有机溶剂为四氢呋喃，氯仿，二氯甲烷，丙酮，苯，甲苯，甲酸，二噁烷，四氯甲烷中的一种或几种。优选地，所述步骤2中，硬木木聚糖溶解温度为60~95°C，加热时间为0.5~3h ;硬木木聚糖用量为苎麻纳米纤维素用量的5%~20%。优选地，所述步骤2中，超声分散的频率为20~40kHz，超声分散的输出功率为100~300W ;在50~90°C的温度下进行机械搅拌，机械搅拌速度为800~1200rpm，机械搅拌时间为I~4h。优选地，所述步骤2中，用离心洗涤的方法将容器中混合物进行离心分层，离心机转速为6000~12000rpm,离心次数为3~6次；采用液氮冷冻干燥成型的温度为-40~_60°C，压力为10~60Pa，时间为4~10h。优选地，所述步骤3中，将改性后的苎麻纳米纤维粉末与溶有聚乳酸的有机溶剂混合后的加热温度为 50~90°C，加热时间为30~120min，机械搅拌速度为1000~1400rpm，超声震荡频率为20~40kHz，超声震荡时间为30~60min。[0021 ] 优选地，所述步骤3中，制得的浇铸液中聚乳酸质量分数为90 %~99 %，苎麻纳米纤维素的质量分数为1%~10% ;倒在聚苯乙烯模板上的浇铸液的量为5~40ml，聚苯乙烯模板面积为40~120cm2。优选地，所述步骤3中，放入通风柜中时间为12~48h ;在真空烘箱中干燥温度为40~80°C，干燥时间为12~36h。本专利技术提供的方法克服了现有技术的不足，操作简单，生产成本低，可以分别通过控制浇铸液的浓度和模板的蒸发面积来控制薄膜厚度和溶剂蒸发速度，所用材料及改性剂来源广泛，绿色环保，制得的薄膜是环境友好的，可生物降解，同时质量稳定，具有良好的柔韧性和生物相容性，可以将薄膜真空干燥后用于食品包装材料、农业用薄膜和工业制品包装膜等领域。【具体实施方式】为使本专利技术更明显易懂，兹以几个优选实施例，作详细说明如下。实施例1如下:将苎麻纳米纤维素放入带有密封圈的容器中平衡水分，测定苎麻纳米纤维素的回潮率为8.7%。称量苎麻纳米纤维素质量22.10g，根据回潮率计算其干重为20.18g。加入一定量的蒸馏水，使苎麻纳米纤维素质量百分比浓度为3%，浸泡24h，使苎麻纳米纤维素充分润湿溶胀。将聚乳酸树脂(美国Nature Works公司，2002D型号)放入40°C烘箱中烘干12h，使水分完全烘干。将称量过的聚乳酸树脂溶于氯仿溶剂中，在30°C下搅拌2h，使聚乳酸树脂完全溶解。将L Olg硬木木聚糖(为苎麻纳米纤维素用量的5% )放入一容器中，加入蒸馏水在60°C下加热0.5h，使硬木木本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种改性苎麻纳米纤维素与聚乳酸复合薄膜的制备方法，其特征在于：该方法由以下3个步骤组成：步骤1：苎麻纳米纤维素及聚乳酸预处理将苎麻纳米纤维素放入带有密封圈的容器中平衡水分，测定苎麻纳米纤维素的回潮率；称量苎麻纳米纤维素质量，根据回潮率计算苎麻纳米纤维素干重；在苎麻纳米纤维素中加入蒸馏水，通过蒸馏水浸泡使苎麻纳米纤维素充分润湿溶胀；将聚乳酸树脂放入烘箱中烘干，将水分完全烘干的聚乳酸树脂溶于有机溶剂中，在设定温度下搅拌，使聚乳酸树脂完全溶解；步骤2：苎麻纳米纤维素的疏水化改性将硬木木聚糖放入一容器中，加入蒸馏水并加热，使硬木木聚糖充分溶解；将浸泡润湿后的苎麻纳米纤维素加入到该硬木木聚糖溶液中，放入超声波中分散，并通过机械搅拌得到均匀稳定的改性苎麻纳米纤维素悬浮液；将制得的混合物进行离心分层，将上层清液滤出，剩余的浓缩后的苎麻纳米纤维素悬浮液放入真空冷冻干燥仪中，并采用液氮冷冻干燥成型，将疏水化改性后的苎麻纳米纤维素粉末放入冷冻室储存；步骤3：复合薄膜制备将改性后的苎麻纳米纤维粉末与溶有聚乳酸的有机溶剂混合，加热，充分搅拌并超声震荡，制得浇铸液；将该浇铸液倾倒在聚苯乙烯模板上，放入通风柜中在室温下挥发溶剂，再放入真空烘箱中干燥以去除残余溶剂，在模板上形成一层薄膜，即为所需制备的改性苎麻纳米纤维素与聚乳酸复合薄膜，最后揭膜密封保存。...
【技术特征摘要】
1.一种改性苎麻纳米纤维素与聚乳酸复合薄膜的制备方法，其特征在于:该方法由以下3个步骤组成: 步骤1:苎麻纳米纤维素及聚乳酸预处理 将苎麻纳米纤维素放入带有密封圈的容器中平衡水分，测定苎麻纳米纤维素的回潮率；称量苎麻纳米纤维素质量，根据回潮率计算苎麻纳米纤维素干重；在苎麻纳米纤维素中加入蒸馏水，通过蒸馏水浸泡使苎麻纳米纤维素充分润湿溶胀； 将聚乳酸树脂放入烘箱中烘干，将水分完全烘干的聚乳酸树脂溶于有机溶剂中，在设定温度下搅拌，使聚乳酸树脂完全溶解； 步骤2:苎麻纳米纤维素的疏水化改性 将硬木木聚糖放入一容器中，加入蒸馏水并加热，使硬木木聚糖充分溶解；将浸泡润湿后的苎麻纳米纤维素加入到该硬木木聚糖溶液中，放入超声波中分散，并通过机械搅拌得到均匀稳定的改性苎麻纳米纤维素悬浮液；将制得的混合物进行离心分层，将上层清液滤出，剩余的浓缩后的苎麻纳米纤维素悬浮液放入真空冷冻干燥仪中，并采用液氮冷冻干燥成型，将疏水化改性后的苎麻纳米纤维素粉末放入冷冻室储存； 步骤3:复合薄膜制备 将改性后的苎麻纳米纤维粉末与溶有聚乳酸的有机溶剂混合，加热，充分搅拌并超声震荡，制得浇铸液；将该浇铸液倾倒在聚苯乙烯模板上，放入通风柜中在室温下挥发溶剂，再放入真空烘箱中干燥以去除残余溶剂，在模板上形成一层薄膜，即为所需制备的改性苎麻纳米纤维素与聚乳酸复合薄膜，最后揭膜密封保存。2.如权利要求1所述的一种改性苎麻纳米纤维素与聚乳酸复合薄膜的制备方法，其特征在于:所述步骤I中，在苎麻纳米纤维素中加入的蒸馏水的量为:使苎麻纳米纤维素固体在蒸馏水中的质量百分比浓度为0.5%~3% ;蒸馏水浸泡时间为12~48h。3.如权利要求1所述的一种改性苎麻纳米纤维素与聚乳酸复合薄膜的制备方法，其特征在于:所述步骤I中，聚乳酸树脂的烘干温度为40~80°C，烘干时间为12~60h ;搅拌的设定温度为30~60°C，搅拌时间为2~6h。4.如权利要求1所述的一种改性苎麻纳米纤维素与聚乳酸复合薄膜的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李召岭，郭营，王辉，郁崇文，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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